(57)【要約】【課題】  各画素に増幅回路を備えずに、しかも複数画素の出力を高感度で読み出す動作を光の連続照射中に実施することができるセンサーデバイス及び電子機器を提供すること。【解決手段】  センサーデバイス１００は、複数の行線ＷＬと、複数の列線ＤＬと、複数のリセット線ＲＬと、複数の行線と複数の列線と複数のリセット線の各１本に接続される複数の画素回路１と、増幅回路１２２と、を有する。複数の画素回路１の各々は、焦電素子２と、リセット線により駆動されて、焦電素子の電荷を放電させるリセットスイッチ５と、行線によって駆動され、放電による焦電素子の電荷の変化に基づく信号を列線に出力する画素選択スイッチ４とを含む。放電による焦電素子の電荷の変化に基づく信号は幅回路１２２で増幅される。【選択図】      図２
2013221906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の行線と、
複数の列線と、
複数のリセット線と、
前記複数の行線、前記複数の列線及び前記複数のリセット線の各１本に接続される複数の画素回路と、
前記複数の列線の１本に接続される増幅回路と、
を有し、
前記複数の画素回路の各々は、
焦電素子と、
前記複数のリセット線の１本によって駆動され、前記焦電素子の電荷の放電を行うリセットスイッチと、
前記複数の行線の１本によって駆動され、放電による前記焦電素子の電荷の変化に基づく信号を、前記複数の列線の１本に出力する画素選択スイッチと、
を含み、
前記信号を前記増幅回路で増幅することを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の画素回路の前記焦電素子に電荷を蓄積した後に、電荷が蓄積された前記複数の画素回路の前記リセットスイッチを駆動することを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数のリセット線により、前記複数の画素回路のリセットスイッチを駆動する期間がそれぞれ異なることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記増幅回路で増幅した前記信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を有することを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを含むことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項５において、
断続的に光を出射する光源をさらに有し、
前記光源から光を照射し前記焦電素子に電荷が蓄積された後に、前記複数のリセットスイッチを駆動することを特徴とする電子機器。
【請求項７】
複数の行線と、
複数の列線と、
複数のリセット線と、
前記複数の行線、前記複数の列線及び前記複数のリセット線の各１本に接続される複数の画素回路と、
を有し、
前記複数の画素回路の各々は、
焦電流を発生し、発生した焦電流に基づく電荷を蓄積する焦電素子と、
前記複数のリセット線の１本によって駆動され、前記電荷の放電を行うリセットスイッチと、
前記複数の行線の１本によって駆動され、前記電荷に基づく信号を前記列線に出力する画素選択スイッチと、
を含み、
前記信号は前記放電によって発生した信号であることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項８】
請求項７において、
前記複数の画素回路から前記複数の列線に出力される信号は、前記複数の画素回路の前記焦電素子に同時に蓄積された電荷に基づく信号であることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項９】
請求項７又は８において、
前記複数の列線に接続される複数の増幅回路をさらに有し、
前記複数の増幅回路の各々は、
入力端に入力される前記複数の列線の１本からの電圧を増幅して出力端に出力するアンプを含み、
前記リセットスイッチは、前記複数の行線の１本により前記画素選択スイッチが選択されている期間あって、前記アンプが増幅動作をしている期間に放電を行うことを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１０において、
断続的に光を出射する光源をさらに有し、
前記光源から光を照射し前記焦電素子に電荷が蓄積された後に、前記複数のリセットスイッチを駆動することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電素子を備えたセンサーデバイス及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焦電素子等を用いた赤外線の検出回路が知られている。例えば人体からは、波長が１０μｍ付近の赤外線が輻射されており、これを検出することで人体の存在や温度の情報を非接触で取得できる。従って、このような赤外線の検出回路を利用することで、侵入検知や物理量計測を実現できる。
【０００３】
赤外線の検出回路の従来技術としては例えば非特許文献１、特許文献１に開示される技術が知られている。非特許文献１の従来技術では、直列接続されたトランジスター（ＪＦＥＴ）と抵抗とから構成されるソースフォロワー回路により、焦電素子の焦電流を検出している。
【０００４】
また特許文献１の従来技術では、負荷素子として機能するＰ型トランジスターと増幅素子として機能するＮ型トランジスターが直列接続されることで、ソース接地増幅回路が構成され、このソース接地増幅回路により焦電素子の焦電流を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６８８６３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Daisuke Akai et al. , “Pyroelectric infrared sensors with fast response time and high sensitivity using epitaxial PbZr, TiO3 films on epitaxial γ-Al2O3/Si substrates”, Sensors and Actuators A: Physical, Volumes 130-131, 14 August 2006, Pages 111-115, Elsevier Science B.V.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで従来は、焦電素子に赤外線を照射し、照射前後の焦電電荷の変化を読み出していた。このとき、照射前後における焦電電荷の変化は小さいため、その差を増幅する必要があった。そのため、各画素の検出回路が、照射によってその出力が変化している期間中は増幅回路に接続されていなければならなかった。
【０００８】
したがって、１回の赤外線照射で全画素の焦電電荷を読み出すためには、各画素に増幅回路を備えている必要があった。このように、各画素に増幅回路を備えた場合、画素面積が巨大になる、画素電流の総量が莫大になるなどの問題が生じていた。
【０００９】
一方、画素面積や画素電流の総量を低減させる目的で、複数の画素で画素外に配置された増幅回路を共有する構成が提案されている。この構成に対しては、各画素の検出回路を増幅回路に接続してから赤外線を照射する、という動作が各画素の読出し動作のたびに逐一必要であった。そのために、一走査期間内に赤外線を何度も照射／遮断する必要があり、その結果、高速化できないという問題が生じていた。
【００１０】
本発明の幾つかの態様によれば、各画素に増幅回路を備えることなく、一度の光照射期間中に複数画素の出力を高感度で読み出す動作を実施することができるセンサーデバイス及び電子機器を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明の一態様は、
複数の行線と、
複数の列線と、
複数のリセット線と、
前記複数の行線、前記複数の列線及び前記複数のリセット線の各１本に接続される複数の画素回路と、
前記複数の列線の１本に接続される増幅回路と、
を有し、
前記複数の画素回路の各々は、
焦電素子と、
前記複数のリセット線の１本によって駆動され、前記焦電素子の電荷の放電を行うリセットスイッチと、
前記複数の行線の１本によって駆動され、放電による前記焦電素子の電荷の変化に基づく信号を、前記複数の列線の１本に出力する画素選択スイッチと、
を含み、
前記信号を前記増幅回路で増幅するセンサーデバイスに関する。
【００１２】
本発明の一態様では、複数の画素回路の各々では、画素回路に接続される行線が選択されている期間（一水平走査期間）内にてリセットスイッチがオフしている間は、焦電素子に電荷がチャージされた状態である。その一方で、リセットスイッチがオンされると、焦電素子の両端が一水平走査期間の途中でショートされて、光照射時に蓄えられた電荷がディスチャージされ、光照射中にも拘わらず光照射が反映されない電荷となる。このように、一水平走査期間の途中でリセットスイッチをオンさせることで、リセットスイッチを電子チョッパーとして利用して、光照射後の焦電流に基づく電圧と、光照射前の焦電流に基づく信電圧との差である電圧変化を検出することができる。こうして、一水平走査期間内にて列線から時系列で出力される光照射の前後の電圧の変化が画素回路から列線に出力され、光照射後の電圧変化を高感度にて検出することができる。列線に出力された信号が増幅回路にて増幅される。１本の列線に一つの増幅回路が設けられることで、１本の列線に接続される列方向の複数の画素回路で一つの増幅回路が共用される。このため、各画素回路に増幅回路を設ける必要がなく、センサーデバイスを小型化することができる。
【００１３】
（２）本発明の一態様では、前記複数の画素回路の前記焦電素子に電荷を蓄積した後に、電荷が蓄積された前記複数の画素回路の前記リセットスイッチを駆動することができる。放電による焦電素子の電荷の変化に基づく信号とは、光照射により焦電素子にチャージされた電荷と、リセットスイッチがオンされた後の焦電素子でのディスチャージ後の電荷との変化に基づく信号である。
【００１４】
（３）本発明の一態様では、前記複数のリセット線により、前記複数の画素回路のリセットスイッチを駆動する期間をそれぞれ異ならせることができる。それにより、複数の画素回路の各々では、画素回路に接続される行線が選択されている期間（一水平走査期間）内にてリセットスイッチをオン・オフさせることができる。
【００１５】
（４）本発明の一態様では、前記増幅回路で増幅した前記信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を有することができる。Ａ／Ｄ変換部１４０には、複数の列線にそれぞれ設けてもよいし、複数の列線に共通の１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。
【００１６】
（５）本発明の他の態様は、（１）〜（４）に記載のセンサーデバイスを含む電子機器を定義している。
【００１７】
（６）本発明の他の態様では、断続的に照射する光源をさらに有し、
前記光源から光を照射し前記焦電素子に電荷が蓄積された後に、前記複数のリセットスイッチを駆動することができる。
【００１８】
本発明の他の態様では、焦電素子の温度を変化させるために光源より断続的に光を出射させている。このための光源は光を通過または遮断するチョッパーを有するか、あるいは光源自体が光を断続的に出射できる。光源から光を照射し焦電素子に電荷が蓄積された後に、複数のリセットスイッチを駆動することで、光照射により焦電素子にチャージされた電荷と、リセットスイッチにより焦電素子にて放電された後の電荷とに変化をもたらすことができる。
【００１９】
（７）本発明のさらに他の態様は、
複数の行線と、
複数の列線と、
複数のリセット線と、
前記複数の行線、前記複数の列線及び前記複数のリセット線の各１本に接続される複数の画素回路と、
を有し、
前記画素回路は、
焦電流を発生し、発生した焦電流に基づく電荷を蓄積する焦電素子と、
前記複数のリセット線の１本によって駆動され、前記電荷の放電を行うリセットスイッチと、
前記複数の行線の１本によって駆動され、前記電荷に基づく信号を前記列線に出力する画素選択スイッチと、
を含み、
前記信号は前記放電によって発生した信号であるセンサーデバイスに関する。
【００２０】
本発明の他の態様では、上述した（１）記載の本発明の一態様に係るセンサーデバイスから増幅回路を省略している。上述した通り、列線から時系列で出力される光照射の前後の電圧の変化が画素回路から列線に出力され、光照射後の電圧変化を高感度にて検出することができるので、センサーデバイスに増幅回路を必ずしも設けなくてもよい。
【００２１】
（８）本発明のさらに他の態様では、前記複数の画素回路から前記複数の列線に出力される信号は、前記複数の画素回路の前記焦電素子に同時に蓄積された電荷に基づく信号とすることができる。換言すれば、前記光源は、前記複数の画素回路内の前記焦電素子に同時に光を入射させることができる。
【００２２】
本発明の他の態様では、少なくとも一垂直走査期間内では光源から連続発光させることができるので、一垂直走査期間内に光源光を断続制御する必要がなく、より高速駆動が可能となる。
【００２３】
（９）本発明のさらに他の態様では、
前記複数の列線に接続される複数の増幅回路をさらに有し、
前記複数の増幅回路の各々は、
入力端に入力される前記複数の列線の１本からの電圧を増幅して出力端に出力するアンプを含み、
前記リセットスイッチは、前記複数の行線の１本により前記画素選択スイッチが選択されている期間あって、前記アンプが増幅動作をしている期間に放電を行うことができる。
【００２４】
これにより、放電による焦電素子の電荷の変化に基づく信号を幅回路で増幅できる。
【００２５】
（１０）本発明のさらに他の態様では、上述した（７）〜（９）のいずれかに記載のセンサーデバイスを含む電子機器を定義している。
【００２６】
（１１）本発明のさらに他の態様では、
断続的に光を出射する光源をさらに有し、
前記光源から光を照射し前記焦電素子に電荷が蓄積された後に、前記複数のリセットスイッチを駆動することができる。
【００２７】
それにより、放電によって発生した信号として、光照射により焦電素子にチャージされた電荷と、焦電素子にて放電された後の電荷との変化に基づく信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１（Ａ）（Ｂ）はセンサーデバイスの構成図である。
【図２】本発明の一態様に係るセンサーデバイスの画素回路の回路図である。
【図３】図１に示すセンサーデバイスの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】増幅回路を備えた１本の列線に接続される複数の画素回路を示すブロック図である。
【図５】増幅回路の一例を示す図である。
【図６】本実施形態の電子機器のブロック図である。
【図７】テラヘルツカメラを含む体温測定装置（電子機器）を示す図である。
【図８】テラヘルツカメラの斜視図である。
【図９】テラヘルツカメラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３０】
１．センサーデバイス
図１（Ａ）（Ｂ）に本発明の一実施形態に係るセンサーデバイス１００を示す。このセンサーデバイス１００は、センサーアレイ１０１と、行選択回路（行ドライバー）１１０と、読み出し回路１２０と、リセット駆動回路１３０とを含む。またＡ／Ｄ変換部１４０、制御回路１５０を含むことができる。このセンサーデバイス１００を用いることで、例えば赤外線カメラやテラヘルツカメラなどを実現できる。
【００３１】
センサーアレイ１０１（焦点面アレイ）には、複数の行線（ワード線、走査線）ＷＬと複数の列線（データ線）ＤＬと複数のリセット線ＲＬが設けられる。
【００３２】
センサーアレイ１０１の各センサーセルは、各行線ＷＬと各列線ＤＬの交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えば図１（Ｂ）のセンサーセルＳ１１は、行線ＷＬ１と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。
【００３３】
行選択回路１１０は、複数の行線ＷＬに接続される。そして各行線ＷＬの選択動作を行う。例えば図１（Ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ１０１（焦点面アレイ）を例にとれば、行線ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２、…ＷＬ２３９を順次選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線ＷＬを選択する信号（ワード選択信号）をセンサーアレイ１０１に出力する。
【００３４】
読み出し回路１２０は、複数の列線ＤＬに接続される。そして各列線ＤＬの読み出し動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ１０１を例にとれば、列線ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２、…ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。例えば読み出し回路１２０には、複数の列線の各列線に対応して各増幅回路が設けられる。そして、各増幅回路は、対応する列線の信号の増幅処理を行う。
【００３５】
リセット駆動回路１３０は、複数のリセット線ＲＬに接続される。そして、各リセット線ＲＬの選択動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ１０１を例にとれば、リセット線ＲＬ０、ＲＬ１、ＲＬ２、…ＲＬ２３９を順次選択してリセット駆動する動作を行う。即ちこれらのリセット線ＲＬをアクティブにして選択する信号（リセット信号）をセンサーアレイ１０１に出力する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換部１４０は、読み出し回路１２０において取得された検出電圧（測定電圧、到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部１４０には、複数の列線ＤＬに対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線ＤＬにおいて読み出し回路１２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複数の列線ＤＬに対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線ＤＬの検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。また読み出し回路１２０の増幅回路を設けないで、各列線の信号を直接にＡ／Ｄ変換部１４０の各Ａ／Ｄ変換器に入力するようにしてもよい。
【００３７】
制御回路１５０（タイミング生成回路）は、各種の制御信号を生成して、行選択回路１１０、読み出し回路１２０、リセット回路１３０及びＡ／Ｄ変換部１４０のタイミングを制御する信号などを生成して出力する。
【００３８】
センサーデバイス１００の制御回路１５０は、このセンサーデバイスが搭載される電子機器側からタイミング信号を入力することができる。例えば図１に示すように、電子機器は、波長が赤外帯域の光（赤外線）やテラヘルツ帯域の光（電磁波ともいう）を断続制御が可能な光源１６０を有することができる。光源１６０は、例えば連続発光する光源部１７０と、チョッパー１７２と、チョッパー１７２を回転駆動するモーター１８０と、モーター１８０の回転量を符号化するエンコーダー１９０とを有することができる。
【００３９】
チョッパー１７２は、光源部１７０からの連続光をセンサーアレイ１０１に透過させる透過部１７２Ａと、連続光を遮断する遮断部１７２Ｂとが形成された円盤であり、モーター１８０の駆動により透過部１７２Ａと遮断部１７２Ｂとが交互にセンサーアレイ１０１と対向される。チョッパー１７２の透過部１７２Ａがセンサーアレイ１０１と対向する期間を少なくとも一水平走査期間（１Ｈ）以上、例えば一垂直期間（１Ｖ）とすることができる。センサーデバイス１００の制御回路１５０は、エンコーダー１９０からの出力が基準タイミング信号として入力されることで、一水平走査期間（１Ｈ）、一垂直走査期間（１Ｖ）やその他のタイミング信号を生成することができる。
【００４０】
２．画素回路
図２に、本発明の一実施形態に係るセンサーデバイス１００のセンサーアレイ１０１に設けられる画素回路を示す。図２に示す画素回路１は、焦電素子２とソースフォロワー回路３、画素選択スイッチ４と、リセットスイッチ５とを含む。
【００４１】
焦電素子２は、焦電キャパシター１０の容量ＣＰと抵抗ＲＰとにより、等価的に表される。焦電素子２には例えば赤外線やテラヘルツ光等の光が入射され、焦電キャパシター１０の焦電体（強誘電体）１１には、焦電素子２の温度に応じた自発分極が発生している。そして電極１２、１３の表面電荷と電気的に中性を保っている。
【００４２】
ソースフォロワー回路３は、例えばＮ型のデプレッション・トランジスターＴＮと、プルダウン抵抗Ｒとを含む。
【００４３】
Ｎ型のデプレッション・トランジスターＴＮと抵抗Ｒは、ＶＣＣのノード（広義には高電位電源ノード）とＧＮＤのノード（広義には低電位電源ノード）の間に直列に設けられ、ソースフォロワー回路３が構成されている。
【００４４】
Ｎ型トランジスターＴＮのゲートには、焦電素子２からの検出信号ＳＤ（検出電圧）が入力され、Ｎ型トランジスターＴＮのソースは、抵抗Ｒの一端に接続される。これらのトランジスターＴＮと抵抗Ｒによりソースフォロワー回路３が構成され、そのゲインはほぼ１になる。そしてＮ型トランジスターＴＮのソースに対応する出力ノードＮＱから、検出信号ＳＤの電圧変化に伴い変化する出力電圧ＶＯが、画素選択スイッチ４を介して出力される。
【００４５】
画素選択スイッチ４は画素選択トランジスターＳＴで構成できる。画素選択トランジスターＳＴのゲートには、図１（Ｂ）に示す複数の行線ＷＬ０，ＷＬ１，ＷＬ２，…のうち１本が接続される。複数の行線のうちのいずれか１本の電位がアクティブとなる一水平走査期間（１Ｈ）に、画素選択トランジスターＳＴはソースフォロワー回路３からの電圧を、図１（Ｂ）に示す複数の列線ＤＬ０，ＤＬ１，ＤＬ２，…の１本に供給する。
【００４６】
リセット駆動回路１３０により制御されて、焦電素子２の焦電キャパシター１０の両端電極１２，１３をショートさせて電荷を放電させるリセットスイッチ５は、リセットトランジスターＲＴにて構成できる。
【００４７】
３．センサーデバイスの動作
図３は、センサーデバイス１００の動作を示すタイミングチャートである。なお、図３に示すスイッチＳＷのオン／オフ動作については後述する。図１（Ａ）のチョッパー１７２の透過部１７２Ａがセンサーアレイ１０１と対向する期間が、図３に示す一垂直走査期間（１Ｖ）である。図３に示す一垂直走査期間（１Ｖ）に亘って、図１（Ａ）に示すセンサーアレイ１０１に光が照射されることになる。
【００４８】
図１（Ａ）に示す制御回路１５０は、エンコーダー１９０からの基準タイミング信号に基づいて、一垂直走査期間（１Ｖ）を示す一垂直走査信号を生成し、さらに列線ＤＬの本数に基づいて一水平走査期間（１Ｈ）を示す一水平走査信号を生成する。
【００４９】
図１（Ａ）に示す行選択回路１１０は、複数の行線ＷＬ０，ＷＬ１，…に、図３に示すように一水平走査期間（１Ｈ）毎にアクティブとなる電位の走査信号を供給する。例えば行線ＷＬ１の電位がアクティブとなると、図１（Ｂ）に示す行線ＷＬ１に接続された３２０個の画素回路１にて、図２に示す画素選択スイッチ４が一水平走査期間（１Ｈ）に亘って同時にオンされる。
【００５０】
これにより、３２０個の画素回路１の各々にて図２の焦電素子２からの検出信号ＳＤの電圧に伴う出力電圧ＶＯがソースフォロア回路３及び画素選択スイッチ４を介して、複数の列線ＤＬ０〜ＤＬ２３９に出力される。
【００５１】
本実施形態では、図３に示すように、リセット駆動回路１３０は、一水平走査期間（１Ｈ）の途中で、アクティブ電位である例えば行線ＷＬ１に接続された一行分の３２０個の画素回路１内のリセットスイッチ５を、複数のリセット線ＲＬ０〜ＲＬ２３９の１本（ＲＬ１）によりオンさせている。
【００５２】
一水平走査期間（１Ｈ）は一垂直走査期間（１Ｖ）に含まれるので図１（Ａ）のセンサーアレイ１０１に光が入射されており、しかも一水平走査期間（１Ｈ）中では対応する画素回路１の画素選択スイッチ４がオンされて、出力電圧ＶＯを対応する列線ＤＬに出力することができる。
【００５３】
ここで、図２のリセットスイッチ５が図３のタイミングでオンすると、焦電素子２のキャパシター１０の両電極１２，１３が一水平走査期間（１Ｈ）中の途中でショートされる。一水平走査期間（１Ｈ）内にてリセットスイッチ５がオフしている間は、光照射により焦電素子２に電荷がチャージされた状態である。その一方で、リセットスイッチ５がオンされると、焦電素子２のキャパシター１０の両電極１２，１３が一水平走査期間（１Ｈ）中の途中でショートされて、光照射時に蓄えられた電荷がディスチャージされる。このときの焦電素子２の電圧ＳＤは、光照射中にも拘わらず光照射がない時の焦電流に基づく電圧となる。つまり出力電圧ＶＯの変化は、光照射前後の焦電流を反映した電圧変化とみなすことができる。
【００５４】
このように、本実施形態では一水平走査期間（１Ｈ）の途中でリセットスイッチ５をオンさせることで、リセットスイッチを電子チョッパーとして利用できる。つまり、機械式チョッパー１７２により光が継続して照射しているにも拘わらず、リセットスイッチ５のオン／オフによって、光照射後のチャージ状態と、光照射前のディスチャージ状態との双方に設定することができる。こうして、一水平走査期間（１Ｈ）内にて列線ＤＬから時系列で出力される光照射の前後の電圧変化を、高感度にて検出することができる。このため、各画素回路に増幅回路を設ける必要が必ずしもなく、センサーアレイ１０１を小型化することができる。
【００５５】
また、機械式チョッパー１７２により一垂直走査期間（１Ｖ）に亘って光を連続照射しながら、行線ＷＬ０，ＷＬ１，…に順次アクティブとなる走査信号を供給することで、１回の光照射により複数の画素回路１から出力を読み出すことができる。よつて、高速での読み出しが可能となる。
【００５６】
４．列線に接続される増幅回路
本実施形態では、各画素回路に増幅回路を設ける必要はないが、図１（Ａ）に示す読み出し回路１２０が、複数の列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に接続される複数の増幅回路をさらに有することができ、図４には列線ＤＬ０に接続される増幅回路１２２を示している。
【００５７】
図４に示す増幅回路１２２は、図５に示すように、第１入力端ＩＮ１に入力される列線ＤＬ０からの電圧と第２入力端ＩＮ２に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを差動増幅して出力端に出力するアンプＯＰと、第１入力端ＩＮ１と出力端ＯＵＴとをショートさせるアンプスイッチＳＷと、を有する。
【００５８】
本発明の一態様では、１本の列線ＤＬに一つの増幅回路１２２が設けられることで、１本の列線ＤＬに接続される列方向の複数の画素回路１（図４に示すセンサーセルＳ００，Ｓ１０，Ｓ２０，…内の画素回路１）で一つの増幅回路１２２が共用される。アンプスイッチＳＷをオンするとアンプＯＰは第１入力端ＩＮ１と出力端ＯＵＴとがショートされて不動作状態となる。一水平走査期間（１Ｈ）毎にアンプＯＰを不動作状態として、１本の列線ＤＬに流れる複数の画素回路１からの電圧同士が影響するクロストークを防止できる。
【００５９】
アンプスイッチＳＷは、図３に示すように、一水平走査期間（１Ｈ）内であってリセットスイッチ５がオンされる前にオフされる。アンプスイッチＳＷをオフすることでアンプＯＰが動作状態となり、増幅の準備がされる。図３の第１期間Ｔでは、焦電素子２に電荷がチャージされた光照射後の焦電流が流れ、その後リセットスイッチ５がオンされた後の一水平走査期間内（第２期間Ｔ２）では焦電素子２の電荷が放電された光照射後の焦電流が流れるので、画素回路１の出力である照射前後の焦電流（電荷）を反映した電圧変化を増幅回路１２２にて増幅できる。
【００６０】
図５に示すように、アンプＯＰは列線ＤＬ０に接続される第１容量Ｃ１と、第１入力端ＩＮ１と出力端ＯＵＴとに接続される第２容量Ｃ２とをさらに有する。ここで、列線ＤＬ０からの電圧変化をΔＶ１とし、アンプＯＰの出力端ＯＵＴの電圧変化をΔＶ２とし、第１容量Ｃ１の容量値をＣ１とし、第２容量Ｃ２の容量値をＣ２としたとき、ΔＶ２＝ΔＶ１×Ｃ１／Ｃ２が成立する。
【００６１】
このように、アンプＯＰの出力端ＯＵＴの電圧変化ΔＶ２には第１入力端ＩＮ１の電圧変化Ｖ１のみが利得Ｃ１／Ｃ２で増幅されるので、焦電流の変化を電圧変化として増幅できる。
【００６２】
５．電子機器
図６に本実施形態のセンサーデバイス含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、図１（Ａ）に示す光源１６０の他に、光学系２００、センサーデバイス２１０（検出回路）、画像処理部２２０、処理部２３０、記憶部２４０、操作部２５０、表示部２６０を含む。なお本実施形態の電子機器は図６の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【００６３】
光学系２００は、例えば１又は複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス２１０への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。
【００６４】
センサーデバイス２１０は、図２等で説明したものであり、物体像の撮像処理を行う。画像処理部２２０は、センサーデバイス２１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。
【００６５】
処理部２３０は、電子機器の全体の制御を行ったり、電子機器内の各ブロックの制御を行ったりする。この処理部２３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部２４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部２３０や画像処理部２２０のワーク領域として機能する。操作部２５０は、ユーザが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。表示部２６０は、例えばセンサーデバイス２１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイや投写型表示装置などにより実現される。
【００６６】
なお本実施形態は、ＦＰＡ（Focal Plane Array:焦点面アレイ）を用いた赤外線カメラや赤外線カメラを用いた電子機器に適用できる。赤外線カメラを適用した電子機器としては、例えば夜間の物体像を撮像するナイトビジョン機器、物体の温度分布を取得するサーモグラフィー機器、人の侵入を検知する侵入検知機器、物体の物理情報の解析（測定）を行う解析機器（測定機器）、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられるＦＡ（Factory Automation）機器などが想定できる。ナイトビジョン機器を車載機器に適用すれば、車の走行時に夜間の人等の姿を検知して表示することができる。またサーモグラフィー機器に適用すれば、インフルエンザ検疫等に利用することができる。
【００６７】
図７に本実施形態の焦電型光検出器または焦電型光検出装置を含む電子機器の例として、前述のセンサーデバイス１１０の焦電型光検出器の光吸収材の吸収波長をテラヘルツ域としたセンサーデバイスをテラヘルツ光センサーデバイスとして用い、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせて特定物質探知装置１０００を構成した例を示す。
【００６８】
特定物質探知装置１０００は、制御ユニット１０１０と、照射光ユニット１０２０と、光学フィルター１０３０と、撮像ユニット１０４０と、表示部１０５０とを備えて構成されている。撮像ユニット１０４０は、図示しないレンズなどの光学系と前述の焦電型光検出器の光吸収材の吸収波長をテラヘルツ域としたセンサーデバイスを含んで構成されている。
【００６９】
制御ユニット１０１０は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット１０２０は、テラヘルツ光（波長が１００μｍ〜１０００μｍの範囲にある電磁波を指す。）出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物１０６０に照射する。なお、照射光ユニット１０２０は、図１（Ａ）の光源１６０と同様に光照射を断続できるが、必ずしもチョッパー１７２を使用せずにレーザー発振自体をオン／オフしてもよい。人物１０６０からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質１０７０の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター１０３０を介して撮像ユニット１０４０に受光される。撮像ユニット１０４０で生成された画像信号は、制御ユニット１０１０の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部１０５０へ出力される。そして人物１０６０の衣服内等に特定物質１０７０が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質１０７０の存在が判別できる。
【００７０】
図８は、周波数がテラヘルツの光を受信して撮像するテラヘルツカメラ１１００を示している。テラヘルツカメラ１１００は、筐体１１１０にスリット１１２０とレンズ１１３０を有する。
【００７１】
図９に示すように、筐体１１１０内には、テラヘルツ光源１２００と、光源駆動回路１２１０とが設けられ、スリット１１２０を介して対象物に向けてテラヘルツ光を出射する。
【００７２】
対象物からの反射光はレンズ１１３０にて集光され、上述した実施形態に係るセンサーデバイス（焦電型光検出装置）１２２０にて検出される。センサーデバイス１２２０からのデジタル信号は、演算処理装置１２３０にて演算処理され、描画処理回路１２４０で描画処理されて、記憶装置１２５０に記憶され、あるいは表示装置１２６０に表示される。
【００７３】
テラヘルツカメラの用途は様々であり、上述した以外の分野、例えば薬剤検査の分野では、製薬時には決勝投薬多形の混入、薬効成分の偏り、空洞または異物の有無が検査される。調剤時には、薬の種類や分量のチェックや異物混合が検査される。投薬時には、投薬すべき薬剤の種類や成分が正しいかがチェックされる。この他、テラヘルツカメラを各種工場ラインに組み込めば、製品の全数チェックが可能となる。
【００７４】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（高電位電源ノード、低電位電源ノード等）と共に記載された用語（ＶＣＣノード、ＧＮＤノード）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また検出回路、センサーデバイス、電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  画素回路、２  焦電素子、３  ソースフォロア回路、４  画素選択スイッチ、５  リセットスイッチ、１０  焦電キャパシター、１００  センサーデバイス、１２０  読み出し回路、１２２  増幅回路、１３０  リセット駆動回路、１６０  光源、１７０  光源部、１７２  チョッパー、ＷＬ  行線、ＤＬ  列線、ＲＬ  リセット線、ＯＰ  アンプ、ＩＮ１  第１入力端、ＩＮ２  第２入力端、ＯＵＴ  出力端、Ｃ１  第１容量、Ｃ２  第２容量、ＳＷ  アンプスイッチ、１Ｈ  一水平走査期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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